妊娠后期补充膳食纤维会对戎昌品种母猪的类固醇生成、抗氧化能力、肠道微生物群以及胎盘代谢组产生影响

《Animal Nutrition》：Dietary fiber supplementation during late gestation affects steroidogenesis, antioxidant capacity, gut microbiota and placental metabolomics of Rongchang sows

　　谢鹏|谭伟黄|艾正芬|刘慧玉|徐业同|庞家曼|齐仁立|王琦|吴健|杨正国|孙志红
中国重庆西南大学动物科学与技术学院生物饲料与分子营养实验室，邮编400715

**摘要**
氧化应激会损害胎盘功能和母猪的健康。本实验旨在探讨菊粉和纤维素作为膳食纤维（DF）来源对怀孕85天至分娩期间荣昌猪繁殖性能、类固醇生成、抗氧化能力、胎盘代谢组学和粪便微生物群的影响。60头母猪（产次：5.07 ± 0.24，背膘厚度：43.06 ± 0.78毫米）被随机分配到4组（每组15头）：对照组喂食基础日粮（CON），另外3组分别额外补充21.8%、43.6%或65.5%的膳食纤维，分别命名为DF1、DF2和DF3。膳食纤维的补充对总产仔数、活产仔猪数和仔猪出生体重没有显著影响（P > 0.05）。与对照组相比，怀孕108天时血清中的雌二醇（E2）和孕酮（P4）浓度呈线性及二次方增长，并在DF1组达到最大值；而胎盘中的这些激素浓度呈二次方增长，并也在DF1组达到最大值（P < 0.001）。母猪补充膳食纤维使怀孕108天时的血清谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性呈二次方增加（P = 0.036），DF1组的活性最高；超氧化物歧化酶（SOD）活性也呈二次方增长（P = 0.066），并在DF2组达到峰值。此外，与对照组相比，膳食纤维的补充使怀孕108天时粪便中的乙酸、丁酸和总短链脂肪酸（SCFAs）浓度呈二次方增加（P < 0.05），所有这些指标在DF1组达到最大值。产生SCFAs的菌属Parabacteroides、norank_f_F082和norank_f_UCG-010的相对丰度在膳食纤维补充组显著高于对照组（P < 0.05）。相关性分析表明，Parabacteroides的丰度与血清IL-6浓度呈负相关（P = 0.027），而血清E2和P4浓度与粪便中的丙酸、丁酸和总SCFAs浓度呈正相关（P < 0.01）。非靶向代谢分析进一步显示，DF1组显著影响了与亚油酸代谢、PPAR信号通路和胆固醇代谢相关的胎盘代谢物。这些发现表明，适量的膳食纤维补充通过调节肠道微生物群产生的SCFAs和胎盘代谢，能够优化怀孕后期母猪的健康状况。

**1. 引言**
在怀孕后期，母猪常面临多种压力因素（如胎儿快速生长、饲喂限制、便秘等），这些因素会导致氧化应激并引发炎症反应失衡（Liu等人，2021；Peng等人，2020）。长期暴露于氧化应激和炎症反应会损害胎盘功能和母猪健康，可能导致早产、流产和宫内生长迟缓（Agarwal等人，2012；Jabbour等人，2009）。因此，应制定干预策略以减轻怀孕后期的氧化应激和炎症反应。

根据溶解度，膳食纤维（DF）可分为可溶性膳食纤维（SDF）和不可溶性膳食纤维（IDF）（Williams等人，2017）。先前的研究表明，喂食高膳食纤维日粮的怀孕母猪产仔数增加（Che等人，2011；Zhuo等人，2020）、仔猪出生体重增加（Langendijk和Chen，2012）以及出生体重均匀性提高（Che等人，2011；Huang等人，2023）。此外，孕期补充膳食纤维有助于改善母猪的氧化还原状态和减少炎症反应（Liu等人，2020）。大多数关于膳食纤维效果的研究都是通过使用常见的富含纤维的饲料原料（如大豆皮和玉米麸皮）进行的。然而，这些原料还含有许多其他微量营养素（如维生素和矿物质），可能会干扰膳食纤维的直接作用。相比之下，使用纯化的膳食纤维（如菊粉、瓜尔胶和纤维素）可以更直接地评估其效果（Men等人，2022；Zhuo等人，2020；Zhuo等人，2021）。尽管如此，膳食纤维如何影响怀孕后期母猪的繁殖性能和健康仍不太明确，需要进一步研究。

作为肠道细菌的主要底物，膳食纤维具有多种健康益处，如促进短链脂肪酸（SCFAs）的产生和调节免疫功能（Ye等人，2022）。值得注意的是，母猪的肠道微生物群在怀孕期间会发生显著变化（Ji等人，2019），且对其的调控越来越被认为是改善母猪健康和胎儿发育的有效方法（Chen等人，2023；Gao等人，2024）。研究表明，肠道微生物群在孕期与雌二醇（E2）和孕酮（P4）等类固醇激素有相互作用（Tian等人，2024）。此外，作为膳食纤维关键代谢产物的SCFAs已被证明可以改善宿主代谢（Koh等人，2016）。先前的研究发现，丁酸可以调节猪颗粒细胞的P4和E2合成（Lu等人，2017）。鉴于E2和P4在维持妊娠中的关键作用（Hong等人，2019；Parisi等人，2023），这些发现共同表明，膳食纤维补充可能通过调节肠道微生物群和SCFAs的产生来改善母猪的繁殖性能。

此外，肠道微生物群产生的代谢物，尤其是SCFAs，已知可以调节胎盘代谢和功能（Meng等人，2024；Wang等人，2022）。胎盘是母胎交流的关键接口，其代谢组学特征反映了母亲的营养状况和胎儿的发育情况（Chao de la Barca等人，2022；Sarr等人，2025）。膳食纤维引起的肠道微生物群和SCFAs产生的变化可能调节胎盘代谢途径（如能量和色氨酸代谢），从而改善胎盘功能和胎儿生长（Li等人，2022；Wang等人，2022）。然而，膳食纤维对怀孕后期母猪胎盘代谢组学的具体影响仍需进一步研究。

菊粉是一种典型的可溶性膳食纤维，可被肠道微生物群广泛发酵（Li等人，2021a）。纤维素是一种不可溶性膳食纤维，具有保水性，可用作膨胀剂（Wen等人，2022）。结合使用可溶性和不可溶性膳食纤维可以根据它们的不同物理化学性质优化其效果（Chen等人，2020）。荣昌猪是一种著名的中国品种，特别耐粗饲，具有高膳食纤维含量和低能量密度。尽管已有许多研究探讨了膳食纤维对怀孕后期产仔性能的影响，但在荣昌猪中使用纯化的纤维（菊粉和纤维素）是一种值得进一步研究的新策略。因此，本研究旨在通过补充菊粉和纤维素探索不同膳食纤维水平对怀孕后期荣昌猪繁殖性能、类固醇生成、抗氧化能力、胎盘代谢组学和粪便微生物群的影响。研究假设适量的膳食纤维补充可以通过调节肠道微生物群产生的SCFAs、增强类固醇激素合成和改善胎盘代谢来提高怀孕后期母猪的繁殖性能和健康状况。

**2. 材料与方法**
**2.1. 动物伦理声明**
本项目已获得西南大学机构动物护理和使用委员会（IACUC-20230628-01）的批准。

**2.2. 动物和日粮**
实验在中国重庆市荣昌区的广顺农场进行。怀孕85天时，60头荣昌猪（产次：5.07 ± 0.24，背膘厚度：43.06 ± 0.78毫米）根据背膘厚度和产次被随机分配到4组（每组15头）。对照组母猪喂食基于玉米-大豆粉的基础日粮（CON）。基础日粮的配方符合怀孕母猪的营养需求（GB/T 39235-2020，中国国家标准，2020），详见表1。日粮中的营养成分按照AOAC（2007）方法进行分析。粗蛋白（方法990.03）使用凯氏定氮仪（KDN-103F，上海贤健仪器有限公司）测定。钙（方法927.02）通过干灰法测定（SX2-10-12TP，上海仪恒科学仪器有限公司），总磷（方法984.27）通过分光光度法测定（UV-2700，岛津公司，日本京都）。氨基酸（方法982.30E）使用自动氨基酸分析仪（L-8900，日立高科技公司，东京）测定。总膳食纤维含量通过AnkomTDF膳食纤维分析仪（Ankom Technology Corp.，美国马塞诸塞州）按方法991.43测定。基础日粮中的总膳食纤维含量为18.09%。对照组母猪每天摄入2.44公斤基础日粮，提供441.40克膳食纤维。其他3组分别额外摄入21.8%（DF1）、43.6%（DF2）或65.5%（DF3）的膳食纤维（图1）。表2显示了每组母猪的日摄入量。本研究中使用的额外膳食纤维为菊粉（95%，Orafti GR，比利时Tienen）和纤维素（98%，广西上大科技有限公司，广西南宁）。菊粉来自菊苣，由β-2,1-糖苷键连接的果糖单元组成；纤维素来自精制蔗渣，是一种由β-1,4-糖苷键连接的葡萄糖生物聚合物。菊粉和纤维素按1:4的比例添加到基础日粮中（Men等人，2022；Zhuo等人，2021）。母猪从怀孕85天到107天单独关在怀孕栏中。怀孕108天时，母猪被移至单独的分娩箱中。实验期间总产仔数少于6头或出现异常健康状况（流产、健康状况不佳、死亡等）的母猪被淘汰，详见表S1。从怀孕85天到分娩，母猪每天喂食两次（09:00和17:00）。环境温度保持在22至25°C。

**表1. 基础日粮的成分和营养成分（%，按喂养量计）**
| 成分 | 含量 |
|------------|--------------|
| 玉米 | 72.72 |
| 大豆粉 | 13.00 |
| 粗蛋白 | 13.45 |
| 小麦麸皮 | 12.00 |
| 可溶性纤维 | 3.04 |
| 碳酸钙 | 0.85 |
| 不可溶性纤维 | 15.05 |
| 二钙磷酸盐 | 0.80 |
| 总膳食纤维 | 18.09 |
| 盐 | 0.40 |
| 钙 | 0.61 |
| 氯化胆碱（50%） | 0.15 |
| 总磷酸盐 | 0.50 |
| 维生素预混剂 | 10.03 |
| 总赖氨酸 | 0.54 |
| 矿物质预混剂 | 20.05 |
| 总蛋氨酸 | 0.19 |
| 总苏氨酸 | 0.45 |
| 每公斤日粮提供的维生素预混剂：维生素A 7200 IU；维生素D3 1440 IU；维生素E 60 IU；维生素K3 2.88 mg；维生素B1 1.2 mg；维生素B2 4.32 mg；维生素B6 2.16 mg；维生素B12 0.02 μg；生物素 0.29 mg；烟酸 24 mg；叶酸 2.4 mg；泛酸 15 mg。 |
| 每公斤日粮提供的矿物质预混剂：Fe (FeSO4·H2O) 70 mg；Cu (CuSO4·5H2O) 5 mg；Mn (MnSO4·H2O) 20 mg；Zn (ZnSO4·H2O) 50 mg；Se (Na2SeO3) 0.2 mg；I (KI) 0.25 mg。 |
| DE的营养成分含量根据《中国饲料成分与营养值》（中国饲料数据库，2020）计算。 |

**图1. 实验设计示意图。**
CON：基础日粮；DF1、DF2和DF3：分别额外摄入21.8%、43.6%和65.5%的膳食纤维。额外膳食纤维由菊粉和纤维素按1:4的比例组成。CON = 对照组；DF = 膳食纤维。

**表2. 从怀孕85天到分娩母猪的日摄入量**
| 组别 | DF1 | DF2 | DF3 | CON |
|--------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|
| 日粮（公斤/天） | 2.44 | 2.53 | 2.63 | 2.44 |
| 可溶性纤维（克/天） | 74.18 | 93.46 | 112.73 | 132.01 |
| 不可溶性纤维（克/天） | 367.2 | 244.3 | 214.3 | 598.5 |
| 总膳食纤维（克/天） | 441.4 | 537.7 | 634.1 | 305.4 |
| CON = 对照组；DF = 膳食纤维。 |

**2.3. 样本和数据收集**
怀孕108天时，在禁食一夜后从母猪的颈静脉采集血液样本（n = 8）。血清通过离心（4°C，3500 × g，20分钟）分离后冷冻在-20°C待分析。在采集血液后立即按摩直肠收集新鲜粪便样本，迅速冷冻在液氮中，然后存放在-80°C。胎盘组织的采集方法参照先前的研究（Peng等人，2021）。简而言之，胎盘排出后，取约5克新鲜胎盘组织（距脐带插入点3至4厘米），用冰冷却磷酸盐缓冲液冲洗后迅速冷冻在液氮中，然后存放在-80°C。怀孕110天时记录母猪的粪便评分，参照先前的研究（Oliviero等人，2009）。此外，在分娩时记录出生的总仔猪数、活产仔猪数、木乃伊化仔猪数和死产仔猪数以及它们的个体出生体重。氧化应激参数分析
血清中的丙二醛（MDA；A003-1）、超氧化物歧化酶（SOD；A001-1）、过氧化氢酶（CAT；A007-1-1）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px；A005-1）使用商业试剂盒（南京建城生物工程有限公司，南京，江苏，中国）按照制造商的说明进行测量，并通过微孔板读取器（Synergy H1，BioTek Instruments，Winooski，VT，美国）进行检测。

2.5. 类固醇激素分析
在检测前，将冷冻的胎盘组织在冰冷的生理盐水中（1:9，w/v）使用超声波匀浆器（JXFSTPRP-24L，上海京鑫工业发展有限公司，上海，中国）进行匀浆，然后以3500 × g的离心速度离心10分钟。胎盘上清液和血清用于根据酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒（江苏美棉工业有限公司，盐城，江苏，中国）的指南测定E2（MM-0480O1）和P4（MM-1205O1）的浓度，并通过微孔板读取器（Synergy H1）进行检测。

2.6. 炎症细胞因子分析
血清中的IL-1β（ml025973）、IL-6（ml025981）和TNF-α（ml002360）的浓度使用ELISA试剂盒（上海酶联生物科技有限公司，上海，中国）按照制造商的说明进行测量，并通过微孔板读取器（Synergy H1）进行检测。

2.7. 粪便微生物群和短链脂肪酸（SCFAs）分析
使用粪便DNA试剂盒（DP328，天津建光生物化学技术有限公司，北京，中国）提取粪便样本中的DNA。随后的16S rRNA基因扩增子测序和生物信息学分析按照之前的方法进行（Dai等人，2023年）。使用338F/806R引物对（338F，5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′；806R，5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′）扩增16S rRNA基因的V3-V4片段，然后纯化的扩增子在Illumina MiSeq平台上进行测序（Majorbio Bio-Pharm Technology有限公司，上海，中国）。生物信息学分析使用Majorbio Cloud平台（https://cloud.majorbio.com）进行。简而言之，原始序列数据使用Quantitative Insights Into Microbial Ecology（QIIME2）管道包进行解复用和质量过滤。然后使用DADA2软件对高质量序列进行去噪以获得扩增子序列变体（ASVs）。ASVs使用Silva 16S rRNA数据库（版本138）进行分类学分配。使用Mothur软件（版本1.30.1）分析α多样性指数。使用Bray-Curtis距离构建主坐标分析（PCoA）图，并使用相似性分析（ANOSIM）测试组间分离的显著性。线性判别分析效应大小（LEfSe）用于识别不同组间的细菌属。

2.8. 粪便样本中SCFAs的浓度
按照之前的研究（Peng等人，2019年）使用气相色谱法（CP-3800，Varian公司，帕洛阿尔托，CA，美国）测量粪便样本中的SCFAs浓度。

2.9. 无目标代谢组学分析
大约50毫克的胎盘组织在装有6毫米研磨珠的2毫升离心管中匀浆。使用含有0.02毫克/mL L-2-氯苯丙氨酸作为内标的400微升甲醇-水溶剂系统（4:1，v/v）进行代谢物提取。机械研磨后，将匀浆液在4°C下进行30分钟低温超声波提取。随后，样品在-20°C下保存30分钟，然后以13,000 × g的离心速度离心15分钟（4°C）。澄清的上清液最终收集在注射小瓶中，以便在Majorbio Bio-Pharm Technology有限公司（上海，中国）进行液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析。检测方法和数据处理程序遵循先前建立的协议（Pang等人，2025年）。获得的LC-MS数据上传到Majorbio Cloud Platform（https://cloud.majorbio.com/）进行多变量统计分析，包括主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS?DA）。基于投影变量重要性（VIP）> 1和P值< 0.05识别显著变化的代谢物。然后使用京都基因组与基因组百科全书（KEGG）数据库（http://www.genome.jp/kegg/）对这些差异代谢物进行代谢途径富集和功能分析。

2.10. RNA提取和定量实时PCR
使用胎盘组织评估类固醇生成相关基因的表达水平，包括Star、CYP11A1、HSD3B和CYP19A1。所有基因和蛋白质的缩写的全称可以在表S2中找到。协议方法按照之前的研究（Peng等人，2019年）进行。使用RNAiso Plus试剂（9109，TaKaRa Biotechnology有限公司，大连，辽宁，中国）从胎盘组织中提取总RNA。通过1.0%琼脂糖凝胶电泳确定RNA完整性，并使用NanoDrop ND-2000分光光度计（Thermo Fisher Scientific Inc., Wilmington, DE, USA）评估RNA质量和浓度。使用StarScript III All-in-one RT Mix with gDNA Remover（A230-10，北京GenStar Biosolutions有限公司，北京，中国）通过逆转录合成互补DNA（cDNA）。使用2 × RealStar Green Fast Mixture（A301-05，北京GenStar Biosolutions有限公司，北京，中国）在CFX Connect实时PCR检测系统（Bio-Rad Laboratories，Hercules, CA, USA）上进行定量实时PCR。数据使用2–△△Ct方法计算，以GAPDH作为内参基因。引物列在表S3中。

2.11. 统计分析
将母猪或窝作为分析单元。数据使用SPSS 27.0软件（SPSS Inc., Chicago, IL, USA）的单因素方差分析（ONE-WAY ANOVA）程序进行分析，并以平均值和平均值的标准误差（SEM）表示。使用的统计模型如下：
其中Yij是响应变量；μ是总体平均值；αi是处理效应；eij是随机误差。多重比较通过Bonferroni校正方法进行。使用正交多项式对比确定DF水平增加对繁殖性能、粪便SCFAs浓度、mRNA表达水平和血清及胎盘参数的线性及二次效应。使用Kruskal–Wallis H检验测量微生物群相对丰度差异。差异在P < 0.05时被认为是显著的，趋势在0.05 ≤ P < 0.10时被认为是有意义的。

3. 结果
3.1. 繁殖性能和粪便评分
在四个组之间，总出生仔猪数、活产仔猪数、木乃伊仔猪数、死产仔猪数、活产窝重、仔猪出生体重和出生体重CV没有显著差异（表3，P > 0.05）。妊娠第110天的粪便评分随着DF摄入量的增加而呈二次方趋势增加（P = 0.068）。

表3. 饮食纤维摄入量对母猪繁殖性能的影响。
| 项目 | 组 | SE | MP-value | DF1 | DF2 | DF3 | ANOVA | 线性 | 二次方 |
|-----------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|
| 窝大小，n | 12.40 | 11.60 | 12.00 | 11.31 | 11.28 | 0.64 | 10.31 |
| 活产仔猪数 | 11.13 | 10.87 | 10.75 | 10.62 | 1.04 | 0.90 | 0.87 |
| 木乃伊仔猪数 | 1.13 | 0.73 | 1.17 | 0.62 | 0.52 | 0.34 | 0.88 |
| 活产窝重，kg | 10.67 | 9.94 | 9.63 | 10.24 | 0.99 | 0.49 | 0.46 |
| 子猪出生体重，kg | 0.98 | 0.91 | 0.90 | 0.99 | 0.08 | 0.39 | 0.94 |
| 出生体重CV | 0.17 | 0.15 | 0.15 | 0.17 | 0.02 | 0.73 | 0.97 |
| 妊娠第110天粪便评分 | 2.13 | 2.40 | 2.87 | 2.40 | 0.39 | 0.07 | 0.15 |

3.2. 血清抗氧化状态
与CON组相比，随着DF摄入量的增加，血清GSH-Px活性呈二次方趋势增加（P = 0.036，表4），并且在DF1组达到最大值。同样，血清SOD活性也呈二次方趋势增加（P = 0.066），并在DF2组达到峰值。血清CAT活性和MDA含量在各处理组之间没有差异（P > 0.05）。

表4. 饮食纤维摄入量对母猪血清氧化还原状态的影响。
| 项目 | 组 | SE | MP-value | DF1 | DF2 | DF3 | ANOVA | 线性 | 二次方 |
|-----------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|
| GSH-Px，U/mL | 2014.93 | 2281.34 | 2169.40 | 2021.64 | 188.40 | 40.16 | 20.82 |
| SOD，U/mL | 50.11 | 51.40 | 55.68 | 48.57 | 43.93 | 0.147 | 0.97 |
| CAT，U/mL | 8.92 | 8.76 | 9.82 | 12.91 | 5.74 | 20.80 | 20.42 |
| MDA，nmol/mL | 11.05 | 7.84 | 9.65 | 10.58 | 7.67 | 0.77 |
| CON = 对照组；DF = 饮食纤维；SEM = 平均值的标准误差 |

3.3. 血清和胎盘中的类固醇激素水平
与CON组相比，血清中的E2和P4浓度呈线性和二次方趋势增加（P < 0.05，表5），并在DF1组达到最大值；而胎盘中的E2和P4浓度也呈二次方趋势增加，并在DF1组达到最大值（P < 0.001）。

表5. 饮食纤维摄入量对母猪血清和胎盘中类固醇激素浓度的影响。
| 项目 | 组 | SE | MP-value | DF1 | DF2 | DF3 | ANOVA | 线性 | 二次方 |
|-----------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|
| 血清E2，pmol/LE | 194.87 | 241.44 | 219.67 | 220.82 | 6.71 | <0.001 | <0.001 |
| P4，pmol/g prot | 83.18 | 1108.95 | 961.16 | 1005.36 | <0.001 |
| placenta，pmol/g prot | 53.34 | 64.68 | 58.08 | 57.77 | 2.44 | <0.001 |
| CON = 对照组；DF = 饮食纤维；SEM = 平均值的标准误差 |

3.4. 胎盘中类固醇生成相关基因的表达水平
与CON组相比，随着DF摄入量的增加，CYP11A1和Star的mRNA表达水平显著增加（P < 0.05，表6）。具体来说，CYP11A1的表达水平呈线性增加，并在DF3组达到峰值；而Star的表达水平也呈线性增加，并在DF2组达到峰值。四个组之间CYP19A1的mRNA表达水平没有显著差异（P > 0.05）。

表6. 饮食纤维摄入量对母猪胎盘中类固醇生成相关基因表达的影响。
| 项目 | 组 | SE | MP-value | DF1 | DF2 | DF3 | ANOVA | 线性 | 二次方 |
|-----------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|
| CYP11A1 | 1.00 | 1.96 | 1.61 | 1.62 | 0.62 | 0.02 | 0.90 |
| CYP19A1 | 1.00 | 1.30 | 1.17 | 0.94 | 0.69 | 0.87 |
| HSD3B | 1.00 | 2.05 | 2.06 | 2.23 | 0.70 | 0.09 |
| Star | 1.00 | 1.51 | 1.62 | 1.59 | 0.30 | 0.02 |
| CON = 对照组；DF = 饮食纤维；SEM = 平均值的标准误差 |

3.5. 血清炎症细胞因子
血清中炎症细胞因子的结果在表7中呈现。与CON组相比，血清TNF-α浓度呈二次方趋势降低（P = 0.030），并在DF2组达到最低值。血清IL-6浓度随着DF摄入量的增加而呈线性和二次方趋势降低（P < 0.10），其中DF2组的浓度最低。血清IL-1β浓度在各处理组之间没有显著差异（P = 0.179）。

表7. 饮食纤维摄入量对母猪血清细胞因子浓度的影响（pg/mL）。
| 项目 | 组 | SE | MP-value | DF1 | DF2 | DF3 | ANOVA | 线性 | 二次方 |
|-----------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|
| IL-1β | 36.75 | 36.10 | 31.06 | 33.09 | 7.45 | 50.17 | 0.40 |
| IL-6 | 51.33 | 28.17 | 20.58 | 28.33 | 17.56 | 10.09 |
| TNF-α | 22.48 | 16.96 | 9.35 | 21.23 | 7.78 | 0.09 |

3.6. 粪便中的SCFAs浓度
如表8所示，与CON组相比，粪便中总SCFAs、乙酸和丁酸的浓度随着DF摄入量的增加而呈二次方趋势增加（P < 0.05），所有这些成分在DF1组达到最大值。此外，DF1组中的戊酸浓度高于CON组（P = 0.035）。各处理组之间丙酸、异丁酸和异戊酸的浓度没有显著差异（P > 0.05）。

表8. 饮食纤维摄入量对母猪粪便样本中短链脂肪酸（SCFA）浓度的影响（μmol/g）。
| 项目 | 组 | SE | MP-value | DF1 | DF2 | DF3 | ANOVA | 线性 | 二次方 |
|-----------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|
| 乙酸 | 49.56 | 66.35 | 57.67 | 50.98 | 1NK4A214_group、unclassified_f_Acholeplasmataceae和Eubacterium_ruminantium_group在CON组中富集；Prevotellaceae_NK3B31_group在DF2组中富集；norank_f_F082、Rikenellaceae_RC9_gut_group、norank_f_UCG-010、unclassified_f_Prevotellaceae、norank_f_norank_o_Clostridia_vadinBB60_group、Parabacteroides、norank_f_Clostridium_methylpentosum_group和Oscillospira在DF3组中富集。下载：下载高分辨率图片（418KB）下载：下载全尺寸图片

图2. 饮食纤维（DF）摄入量对母猪粪便微生物群多样性的影响。ASV水平的Ace（A）、Chao（B）、Sobs（C）和Shannon（D）指数。（E）ASV水平的主坐标分析（PCoA）。CON为基础日粮；DF1、DF2和DF3分别添加了21.8%、43.6%和65.5%的DF。CON、DF1、DF2和DF3组中的母猪数量分别为8头、7头和8头。ASV = 引物序列变异；CON = 对照组。

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图3. 饮食纤维（DF）摄入量对母猪粪便微生物群组成的影响。（A）和（C）在门水平；（B）在属水平。（D）各组间丰度差异较大的前7个属。每个条形代表每个组的相对丰度。CON为未添加额外DF的基础日粮；DF1、DF2和DF3分别添加了21.8%、43.6%和65.5%的DF。CON、DF1、DF2和DF3组中的母猪数量分别为8头、7头和8头。CON = 对照组。* 0.01 < P ≤ 0.05，** 0.001 < P ≤ 0.01，*** P ≤ 0.001。

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图4. 不同饮食组之间粪便微生物群在属水平的线性判别分析效应大小（LEfSe）分析。LDA得分 > 3.0。CON为未添加额外DF的基础日粮；DF2和DF3分别添加了43.6%和65.5%的DF。LDA = 线性判别分析；CON = 对照组。

3.8. 相关性分析

如图5所示，进一步研究了血清参数（包括氧化状态指标、炎症细胞因子和类固醇激素）与粪便微生物群和短链脂肪酸（SCFAs）浓度之间的关系。Parabacteroides与血清IL-6呈负相关（P = 0.027）。Oscillospira和norank_f_F082与血清P4呈正相关（P < 0.05）。此外，血清E2和P4与乙酸、丙酸、丁酸和总SCFAs呈正相关（P < 0.05）。

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图5. 健康状态参数与粪便微生物群和SCFAs浓度之间的Spearman相关性分析。红色表示正相关；蓝色表示负相关。颜色深度代表相关性的强度，颜色越深表示关联越强。SCFAs = 短链脂肪酸；GSH-Px = 谷胱甘肽过氧化物酶；SOD = 超氧化物歧化酶；E2 = 雌二醇；P4 = 孕酮；IL-6 = 白细胞介素-6；TNF-α = 肿瘤坏死因子-α。* 0.01 < P ≤ 0.05，** 0.001 < P ≤ 0.01。

3.9. 胎盘代谢组学

进一步进行了LC-MS非靶向代谢组学分析，以评估DF引起的胎盘代谢物水平的变化。由于DF1组在改善母猪的类固醇生成、抗氧化能力和粪便SCFAs产生方面表现出积极效果，因此重点比较了CON组和DF1组之间的差异代谢物。共鉴定出28个显著不同的代谢物，其中DF1组有6个上调代谢物，22个下调代谢物（图6A和B）。对这些差异表达代谢物的KEGG通路富集分析显示它们参与了多个通路（图6C），包括亚油酸代谢、PPAR信号通路、胆固醇代谢、牛磺酸和低牛磺酸代谢以及癌症中的胆碱代谢。此外，与显著改变的代谢通路相关的差异代谢物列在表9中。DF1组显示出α-二甲基色氨酸酸的显著富集，这种代谢物与亚油酸代谢和PPAR信号通路有关。相反，与亚油酸代谢（9S-羟基过氧十八碳-10E,12Z-二烯酸 [9(S)-HpODE）、胆固醇代谢（牛磺胆酸）和癌症中的胆碱代谢（溶血磷脂酰胆碱 LysoPC[20:5{5Z,8Z,11Z,14Z,17Z}/0:0]）相关的代谢物在CON组中显著富集。

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图6. 饮食纤维（DF）摄入量对CON组和DF1组母猪胎盘代谢组学的影响。（A）差异代谢物的火山图（VIP > 1，P < 0.05），红色表示上调代谢物，蓝色表示下调代谢物。（B）CON组和DF1组之间的VIP得分。颜色深度代表代谢物的相对丰度：红色方块表示高水平，蓝色方块表示低水平。（C）差异表达代谢物的KEGG通路富集。CON为未添加额外DF的基础日粮；DF1为添加了21.8% DF的基础日粮。CON = 对照组；VIP = 投影中的变量重要性；FC = 倍数变化；KEGG = 京都基因组与基因组百科全书；PPAR = 过氧化物酶体增殖激活受体；HpODE = 羟基过氧十八碳-10E,12Z-十八二烯酸；LysoPC = 溶血磷脂酰胆碱；PE = 磷脂乙醇胺；PC = 磷脂酰胆碱；PGF1 = 前列腺素F1；Nosig = 无显著性。

表9. 参与KEGG通路的差异表达代谢物。

代谢物 VIP FC P值 变化
1 通路
α-二甲基色氨酸酸 1.13 1.06 0.035 上调
亚油酸代谢；PPAR信号通路 9(S)-HpODE 1.07 0.95 0.042 下调
亚油酸代谢 牛磺胆酸 1.52 0.82 0.0002 下调
胆固醇代谢；牛磺酸和低牛磺酸代谢 LysoPC (20:5[5Z,8Z,11Z,14Z,17Z]/0:0) 2.07 0.80 0.023 下调
癌症中的胆碱代谢

4. 讨论

妊娠后期高纤维摄入对母猪的健康状态有多方面的益处，特别是在提高抗氧化能力、代谢和免疫力方面（Liu等人，2020；Li等人，2023）。根据研究结果，适量的DF补充通过调节肠道微生物群组成和相关SCFAs的产生改善了母猪的健康状态。从机制上讲，这些变化可能通过调节胎盘代谢来增强类固醇生成和抗氧化状态。

母猪的繁殖性能是影响养猪生产力和盈利能力的重要因素。妊娠后期的氧化应激增加会导致繁殖性能下降（Peng等人，2021；Zhao等人，2013）。高纤维饮食对母猪性能的影响并不一致。最近的研究表明，富含纤维的成分如苜蓿粉、甜菜粕或大豆皮含有许多其他营养物质，可能会干扰DF的直接效果（Men等人，2022；Zhuo等人，2020）。为了解决这个问题，本研究使用纯化的膳食纤维（特别是菊粉和纤维素）来添加DF。结果显示，日粮处理对产仔数和出生时的仔猪体重没有显著影响。类似地，先前的研究也观察到妊娠后期喂食高纤维饮食对产仔效果没有显著影响（Liu等人，2020）。猪的产仔数主要受妊娠早期受精率和胚胎存活率的影响（Edwards等人，2012），不太可能受妊娠后期饮食处理的影响。此外，DF发酵产生的SCFAs可能无法提供足够的能量来影响繁殖性能（Blaut，2015）。然而，其他研究报道妊娠期间高纤维摄入增加了产仔数（Che等人，2011；Li等人，2021b）。Huang等人（2023）发现妊娠后期DF补充降低了死产率并增加了仔猪出生体重。这些差异可能归因于不同的纤维类型（Renteria-Flores等人，2008）和纤维剂量（Danielsen和Vestergaard，2001），以及DF补充的持续时间（Che等人，2011）。例如，先前的研究表明，DF对产仔数的积极反应通常在两个及以上连续的繁殖周期中显现（Che等人，2011；Li等人，2021b）。此外，日粮中可溶性纤维与不可溶性纤维的比例对母猪性能也有重要影响（Li等人，2019）。

妊娠被认为是人类和牲畜的氧化应激挑战。妊娠后期母体代谢负担的增加导致脂质和蛋白质氧化升高，从而损害正常的细胞结构和功能（Berchieri-Ronchi等人，2011）。MDA是通过活性氧介导的脂质过氧化的指标（Peng等人，2021）。SOD、CAT和GPX酶在维持氧化还原平衡中起着关键作用，并提供了直接清除活性氧的第一道酶防御系统（Adineh等人，2020）。先前的研究报告称，妊娠第107天高纤维摄入减少了血浆MDA含量并增加了GSH-Px活性（Liu等人，2020）。同样，本研究发现妊娠第108天高纤维摄入增加了血清SOD和GSH-Px活性，支持了妊娠后期高纤维摄入对母猪抗氧化防御能力的提升。DF的抗氧化效果可能与其改善肠道微生物群谱型、增强SCFAs的产生和加强肠屏障完整性有关，从而防止促氧化代谢物进入系统循环有关。

氧化应激与全身炎症密切相关。细胞因子在调节免疫和炎症反应中起着关键作用（Harvanová等人，2023）。几种妊娠相关疾病，如先兆子痫和死产，与过度的母体炎症反应有关（Liu等人，2021）。Zhuo等人（2020）报告称，妊娠期间喂食高DF饮食的母猪血清IL-10浓度较高，TNF-α浓度较低。在本研究中，母体高纤维摄入减少了血清IL-6和TNF-α浓度，表明高纤维摄入可能缓解促炎反应。DF的免疫调节作用部分可以通过其细菌代谢物SCFAs来解释。先前的研究报告称，SCFAs可以增强肠道屏障功能并减少炎症因子的分泌（Bach Knudsen等人，2018）。此外，DF可以通过刺激肠道蠕动来缓解便秘。妊娠后期母猪常见的便秘症状会增强内毒素的吸收并触发全身炎症反应（Sun等人，2023）。在本研究中，喂食高纤维饮食的母猪的粪便评分（Lu等人，2022）有所改善，表明高DF饮食可以降低妊娠后期母猪的便秘风险。

类固醇激素如P4和E2在调节雌性繁殖中起关键作用。Xiong等人（2020）报告称，妊娠后期母体镉暴露通过抑制胎盘P4合成导致胎儿生长受限。此外，外源性E2的施用可以缓解先兆子痫大鼠的炎症反应（Lin等人，2020）。最近的一项代谢组学研究显示，妊娠后期高纤维摄入增加了母猪的类固醇生物合成（Moturi等人，2022）。同样，在本研究中，母体高纤维摄入增加了血清E2和P4浓度。妊娠后期胎盘成为E2和P4的主要分泌部位（Hong等人，2019）。胎盘P4的合成需要一系列限速酶，如Star、CYP11A1、HSD3B和CYP19A1可以作用于P4形成E2（Ding等人，2021）。在本研究中，高DF饮食组的胎盘P4浓度较高，这可能归因于与类固醇合成相关的基因表达增加。有趣的是，胎盘E2浓度的升高而没有CYP19A1基因表达水平的显著变化，可能归因于外源性前体的增加或酶活性的调节，但这需要进一步研究。此外，肠道微生物通过与类固醇激素相互作用在调节生殖内分泌系统中起着重要作用（Qi等人，2021）。在本研究中，norank_f_F082和Oscillospira与血清P4呈正相关。另一种解释是，饲喂高DF饮食的母猪中观察到的类固醇激素合成增强可能是由于肠道微生物群产生的SCFAs，特别是乙酸，它是类固醇合成的前体（Moturi等人，2022）。同时，相关性分析还显示血清E2和P4与粪便中的乙酸、丙酸、丁酸和总SCFAs呈正相关。

肠道微生物在调节免疫系统、宿主代谢、内分泌系统和黏膜屏障功能中起关键作用（Qi等人，2021）。肠道微生物群在妊娠期间发生显著变化，这些变化与妊娠母猪的代谢特性和免疫反应有关（Ji等人，2019；Zhuo等人，2020）。研究表明，DF对宿主健康的积极效果受肠道微生物群和相关代谢物SCFAs的调节（Sun等人，2023；Zhuo等人，2020）。最近的一项研究报告称，喂食高纤维饮食的母猪在哺乳第7天时乳酸菌的数量会增加，在妊娠第110天时大肠杆菌和志贺菌的数量会减少（Li等人，2023年）。研究发现，母猪摄入高纤维可以增加拟杆菌门（Bacteroidota）的数量，这与之前的研究结果一致（Li等人，2023年；Zhuo等人，2020年）。拟杆菌门拥有一种能够分解未消化碳水化合物的酶，从而产生短链脂肪酸（SCFAs），这些脂肪酸在被肠细胞吸收后可以作为额外的能量来源（Sonnenburg等人，2010年）。此外，母猪摄入高纤维还增加了产生SCFAs的基因族Rikenellaceae_RC9_gut_group、norank_f_F082、norank_f_UCG-010和Parabacteroides的数量，同时减少了NK4A214_group的数量。NK4A214_group是一种机会性病原体，据报道会破坏肠道屏障并引起肠道炎症（Liu等人，2023年）。LEfSe分析还显示，在CON组中，具有潜在促炎作用的分类单元Eubacterium_ruminantium_group和unclassified_f_Acholeplasmataceae的数量增加。多项研究表明，unclassified_f_Acholeplasmataceae和Eubacterium_ruminantium_group的数量与肠道通透性和炎症呈正相关（Lin等人，2023年；Shen等人，2022年）。然而，额外摄入膳食纤维（DF）显著增加了产生SCFAs的微生物群的数量，如Prevotellaceae_NK3B31_group、unclassified_f_Prevotellaceae和Oscillospira。Prevotellaceae_NK3B31_group可以有效减少肠道炎症并改善营养吸收（Kovatcheva-Datchary等人，2015年）。Oscillospira被认为可以积极调节与肥胖相关的代谢疾病和慢性炎症（Yang等人，2021年）。此外，相关性分析表明，Parabacteroides的数量与血清IL-6浓度呈负相关，这提示微生物群可能在通过DF调节母猪健康状况方面发挥作用。

代谢物与动物健康状况密切相关。先前的研究表明，DF可以显著改变宿主体内血液和粪便中的代谢谱（Men等人，2022年；Zhao等人，2023年）。进一步进行了代谢组学分析，以研究DF对母猪胎盘影响的潜在机制。结果表明，DF的摄入改变了PPAR信号通路、亚油酸代谢、胆固醇代谢和胆碱代谢。PPARs是参与调节脂肪酸代谢、炎症反应和细胞分化的核受体（Fanale等人，2017年），并且已被证明在胎盘发育和功能中起关键作用（Barak等人，2008年）。值得注意的是，Zhang等人（2025年）发现DF通过上调PPAR信号通路缓解了由肥胖引起的炎症。此外，与胎盘组织中亚油酸代谢相关的代谢物被提出作为诊断胎儿生长受限的潜在生物标志物（Yang等人，2023年）。本研究发现，与CON组相比，DF1组中的9(S)-HpODE和牛胆酸水平降低。9(S)-HpODE是一种由亚油酸衍生的 lipid 过氧化产物（Gu等人，2025年），在早期氧化应激反应中起短暂信号分子的作用（Li等人，2020年）。牛胆酸是妊娠期肝内胆汁淤积（ICP）中的主要胆汁酸，被认为与ICP的发病机制有关（Zhang等人，2015年），并通过激活p38和Caspase-3诱导滋养层细胞凋亡（Zhang等人，2014年）。此外，胆碱代谢的紊乱与肿瘤发生和癌症进展有关（Sonkar等人，2019年）。LysoPC(20:5[5Z,8Z,11Z,14Z,17Z]/0:0），也称为溶血磷脂酰胆碱，是一种与多种炎症相关疾病相关的炎症脂质（Mei等人，2024年；Knuplez和Marsche，2020年）。DF1组中LysoPC(20:5[5Z,8Z,11Z,14Z,17Z]/0:0）水平的降低表明，膳食纤维的摄入可能减弱胎盘的炎症反应。总体而言，这些代谢物和代谢途径的变化可能有助于DF对胎盘健康的益处。

这项研究存在一些局限性需要考虑。首先，没有记录母猪的体重。尽管根据胎次和背脂厚度将母猪随机分配到不同的处理组以减少初始差异，但缺乏体重数据可能会限制对妊娠晚期母猪营养状况和能量平衡的全面评估。其次，实验仅在一个胎次中进行。这些发现需要通过多个胎次的进一步验证来确认DF补充的长期益处。第三，尽管观察到粪便中SCFAs浓度增加并与母猪健康状况的改善相关，但没有测量系统性的SCFAs浓度。这一缺陷限制了建立SCFAs与肠-胎盘轴之间直接因果关系的能力。未来包含多胎次设计并同时测量系统性和胎盘参数的研究将提供更深入的机制见解。

**结论**：在基于玉米-大豆粕的日粮中添加96.38克/天的菊粉和纤维素（比例为1:4）可以增强妊娠晚期的荣昌母猪的类固醇生成和抗氧化能力。这些对母猪健康状况的有益作用与肠道微生物群产生的SCFAs和胎盘代谢的调节有关。

**作者贡献声明**：
- Renli Qi：监督、资金获取
- Jiaman Pang：方法学、正式分析
- Jian Wu：可视化、验证
- Qi Wang：资源、资金获取、概念构思
- Yetong Xu：可视化、监督
- Huiyu Liu：验证、软件
- Zhengfen Ai：项目管理、正式分析
- Zhihong Sun：可视化、软件、项目管理、概念构思
- Zhenguo Yang：资源、概念构思
- Weihuang Tan：项目管理、方法学、调查、正式分析、数据管理
- Xie Peng：写作——审稿与编辑、写作——初稿、可视化、概念构思

**数据可用性**：序列数据已上传至国家生物技术信息中心（NCBI）的序列读取存档（SRA），访问号为PRJNA1246347。